基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置、钻机及纠偏方法

1008 编辑：中冶有色技术网来源：中建四局第一建筑工程有限公司

2023-12-20 15:38:08

权利要求书： 1.一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置，其特征在于，其包括：外筒，其非旋转地套设钻机的钻杆；

多个纠偏单元，其以所述钻杆为中心对称布置，设在所述外筒内壁的所述纠偏单元包括，

纠偏本体，其设在所述外筒内壁，纠偏本体具有液压油通道，液压腔，其设于所述纠偏本体，所述液压腔液体连通所述液压油通道，活塞，其可移动地连接所述液压腔以在垂直于所述钻杆轴线的方向上移动，复位元件，其连接所述活塞以将其复位，液压控制阀，其可通断地连通所述液压油通道，所述液压控制阀具有连通所述液压油通道的阀口，响应于纠偏信号，所述液压控制阀连通液压油通道以泵入预定压力的液压油进入所述液压油通道，所述活塞经由所述液压油致动预定距离后，所述液压油经由液压油通道泄出。

2.根据权利要求1所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置，其特征在于，所述液压控制阀可转动地设在所述外筒中，所述阀口随着转动以连通液压油通道。

3.根据权利要求2所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置，其特征在于，所述液压控制阀经由伺服电机驱动旋转。

4.根据权利要求3所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置，其特征在于，所述纠偏装置还包括，

测量单元，其测量所述钻杆的偏移方位和偏移量，控制单元，其连接所述测量单元和所述液压控制阀，响应于所述偏移方位和偏移量，控制单元发送纠偏信号到相对于所述偏移方位的所述液压控制阀，使得液压控制阀连通液压油通道以泵入对应于偏移量的预定压力的液压油进入所述液压油通道。

5.根据权利要求4所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置，其特征在于，活塞伸出预定距离后，旋转液压控制盘阀将阀口与所述液压通道关闭以稳定伸出的活塞。

6.根据权利要求5所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置，其特征在于，响应于所述偏移方位和偏移量，控制单元发送纠偏信号以依次连通至少1个所述纠偏单元中的阀口和液压油通道。

7.根据权利要求5所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置，其特征在于，所述纠偏单元包括设在活塞和液压腔之间的密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置，其特征在于，所述液压控制阀为齿轮盘阀，所述齿轮盘阀设有贯通的阀口。

9.一种大直径超长桩成孔钻机，其特征在于，其具有根据权利要求1?8中任一项所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置。

10.一种利用根据权利要求1?8中任一项所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的纠偏方法，其特征在于，其包括以下步骤，监测成孔的偏斜，相对于所述偏移方位的所述液压控制阀连通液压油通道以泵入对应于偏移量的预定压力的液压油进入所述液压油通道，关闭液压控制盘阀与所述液压通道的连通，活塞经由液压致动伸出预定距离以抵压钻杆，钻杆产生弯曲并带动钻头实现偏转，直到钻头完成纠偏，纠偏单元中的液压油经由液压油通道泄出，复位元件复位所述活塞，钻杆恢复顺直状态，钻头继续钻进。

说明书：基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置、钻机及纠偏方法技术领域[0001] 本发明涉及地基基础施工技术领域，尤其涉及一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置、钻机及纠偏方法。

背景技术[0002] 随着经济的日益发展，在工程领域，越来越多的超高层建筑拔地而起，随着主体结构的高度和体量不断增大，对地基基础的承载能力要求越来越高。其中，大直径超长钻孔灌

注桩被广泛应用于建筑地基基础领域。

[0003] 目前，我国在大直径超长钻孔灌注桩成孔施工过程中经常出现成孔偏移的情况，特别是在地质情况变化频繁、层面交界无规律等复杂地质条件下，成孔偏移的情况极易出

现成。如果不及时对成孔垂直度进行有效控制，成孔质量将得不到有效保证，造成的损失将

是巨大和无法挽回的。因此，在大直径超长钻孔灌注桩成孔施工过程，成孔垂直度是施工中

最重要的控制指标之一，而传统的成孔垂直度控制主要是通过改进钻孔施工工艺、泥浆制

备工艺等方式来实现，此类控制方法在不同的施工环境和施工操作下具有不同的效果，且

难度较大，可控性不强。

[0004] 所以，非常有必要攻克大直径超长钻孔灌注成孔施工作业中存在的成孔垂直度难以保证、成孔偏斜后难以纠斜、成孔施工效率及施工质量难以保障等难题，避免上述问题在

大量的大直径超长钻孔灌注成孔施工作业中出现。

[0005] 在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容[0006] 本发明的目的是提供一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置、钻机及纠偏方法，解决现有大直径超长桩在成孔施工作业中成孔垂直度难以保证、成孔偏斜后难以纠斜、

成孔施工效率及施工质量难以保障等问题。

[0007] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0008] 本发明的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置包括：[0009] 外筒，其非旋转地套设钻机的钻杆；[0010] 多个纠偏单元，其以所述钻杆为中心对称布置，设在所述外筒内壁的所述纠偏单元包括，

[0011] 纠偏本体，其设在所述外筒内壁，纠偏本体具有液压油通道，[0012] 液压腔，其设于所述纠偏本体，所述液压腔液体连通所述液压油通道，[0013] 活塞，其可移动地连接所述液压腔以在垂直于所述钻杆轴线的方向上移动，[0014] 复位元件，其连接所述活塞以将其复位；[0015] 液压控制阀，其可通断地连通所述液压油通道，所述液压控制阀具有连通所述液压油通道的阀口，响应于纠偏信号，所述液压控制阀连通液压油通道以泵入预定压力的液

压油进入所述液压油通道，所述活塞经由所述液压油致动预定距离后，所述液压油经由液

压油通道泄出。

[0016] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置中，所述液压控制阀可转动地设在所述外筒中，所述阀口随着转动以连通液压油通道。

[0017] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置中，所述液压控制阀经由伺服电机驱动旋转。

[0018] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置中，所述纠偏装置还包括，[0019] 测量单元，其测量所述钻杆的偏移方位和偏移量，[0020] 控制单元，其连接所述测量单元和所述液压控制阀，[0021] 响应于所述偏移方位和偏移量，控制单元发送纠偏信号到相对于所述偏移方位的所述液压控制阀，使得液压控制阀连通液压油通道以泵入对应于偏移量的预定压力的液压

油进入所述液压油通道。

[0022] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置中，活塞伸出预定距离后，旋转液压控制盘阀将阀口与所述液压通道关闭以稳定伸出的活塞。

[0023] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置中，响应于所述偏移方位和偏移量，控制单元发送纠偏信号以依次连通至少1个所述纠偏单元中的阀口和液压油通道。

[0024] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置中，所述纠偏单元包括设在活塞和液压腔之间的密封圈。

[0025] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置中，所述液压控制阀为齿轮盘阀，所述齿轮盘阀设有贯通的阀口。

[0026] 根据本发明另一方面，一种大直径超长桩成孔钻机具有所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置。

[0027] 根据本发明又一方面，一种利用所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的纠偏方法包括以下步骤，

[0028] 监测成孔的偏斜，相对于所述偏移方位的所述液压控制阀连通液压油通道以泵入对应于偏移量的预定压力的液压油进入所述液压油通道，

[0029] 关闭液压控制盘阀与所述液压通道的连通，活塞经由液压致动伸出预定距离以抵压钻杆，钻杆产生弯曲并带动钻头实现偏转，直到钻头完成纠偏，

[0030] 纠偏单元中的液压油经由液压油通道泄出，复位元件复位所述活塞，钻杆恢复顺直状态，钻头继续钻进。

[0031] 在上述技术方案中，本发明提供的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置，具有以下有益效果：本装置通过纠斜装置中的液压活塞伸出对钻杆进行弯曲，使得钻杆产

生偏置位移，间接使与钻杆连接的钻头相对于原钻进中心轴线产生转角，实现成孔纠斜。该

装置可有效控制大直径超长桩成孔倾斜度，改善大直径超长桩垂直度难控制的问题，同时，

由于该装置内嵌于钻具内部，受外界环境影响小，具有可靠性强、寿命长等优势；由于是液

压驱动，该装置在大直径超长桩成孔钻机钻进过程中对成孔纠斜响应快速、灵敏且纠斜可

控，具有广阔的应用前景和市场空间。

附图说明[0032] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一

些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0033] 图1为本发明实施例提供的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的结构示意图。

[0034] 图2为本发明实施例提供的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的液压控制阀的结构示意图。

[0035] 图3为本发明实施例提供的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的纠偏方法的步骤示意图。

[0036] 附图标记为：[0037] 1、外筒，2、复位元件，3、液压腔，4、密封圈，5、活塞，6、液压油通道，7、钻杆，8、液压控制阀，9、阀口，10、纠偏单元。

具体实施方式[0038] 为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实

施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领

域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明

保护的范围。

[0039] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领

域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明

保护的范围。

[0040] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0041] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时

针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于

描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特

定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0042] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者

隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，

除非另有明确具体的限定。

[0043] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相

连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关

系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体

含义。

[0044] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它

们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特

征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在

第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示

第一特征水平高度小于第二特征。

[0045] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

[0046] 参见图1?2所示，在一个实施例中，本发明的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置包括，

[0047] 外筒1，其非旋转地套设钻机的钻杆7；[0048] 多个纠偏单元10，其以所述钻杆7为中心对称布置，设在所述外筒1内壁的所述纠偏单元10包括，

[0049] 纠偏本体，其设在所述外筒1内壁，纠偏本体具有液压油通道6，[0050] 液压腔3，其设于所述纠偏本体，所述液压腔3液体连通所述液压油通道6，[0051] 活塞5，其可移动地连接所述液压腔3以在垂直于所述钻杆7轴线的方向上移动，[0052] 复位元件2，其连接所述活塞5以将其复位；[0053] 液压控制阀8，其可通断地连通所述液压油通道6，所述液压控制阀8具有连通所述液压油通道6的阀口9，响应于纠偏信号，所述液压控制阀8连通液压油通道6以泵入预定压

力的液压油进入所述液压油通道6，所述活塞5经由所述液压油致动预定距离后，所述液压

油经由液压油通道6泄出。

[0054] 本发明通过控制钻头的偏移可有效控制大直径桩成孔偏位，使桩身垂直度控制在设计要求之内。可以理解的是，大直径超长桩为直径大于0.8米的桩。

[0055] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的优选实施例中，所述液压控制阀8可转动地设在所述外筒1中，所述阀口9随着转动以连通液压油通道6。

[0056] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的优选实施例中，所述液压控制阀8经由伺服电机驱动旋转。

[0057] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的优选实施例中，所述纠偏装置还包括，

[0058] 测量单元，其测量所述钻杆7的偏移方位和偏移量，[0059] 控制单元，其连接所述测量单元和所述液压控制阀8，[0060] 响应于所述偏移方位和偏移量，控制单元发送纠偏信号到相对于所述偏移方位的所述液压控制阀8，使得液压控制阀8连通液压油通道6以泵入对应于偏移量的预定压力的

液压油进入所述液压油通道6。

[0061] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的优选实施例中，活塞5伸出预定距离后，旋转液压控制盘阀将阀口9与所述液压通道关闭以稳定伸出的活塞5。

[0062] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的优选实施例中，响应于所述偏移方位和偏移量，控制单元发送纠偏信号以依次连通至少1个所述纠偏单元10中的阀口9

和液压油通道6。

[0063] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的优选实施例中，所述纠偏单元10包括设在活塞5和液压腔3之间的密封圈4。

[0064] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的优选实施例中，所述液压控制阀8为齿轮盘阀，所述齿轮盘阀设有贯通的阀口9。

[0065] 所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的优选实施例中，在大直径超长桩成孔钻机近钻头位置安装纠斜装置，纠斜装置包括4个液压活塞5、活塞5复位弹簧和液

压控制盘阀，液压控制盘阀控制4个液压活塞5在4个方向的上的伸缩，活塞5复位弹簧控制

活塞5复位。

[0066] 当大直径超长桩成孔过程中发生垂直度发生偏斜时，控制液压控制盘阀将对应位置的活塞5伸出，旋转液压控制盘阀，将阀口9对准相应位置活塞5的液压通道，注入液压油，

将活塞5推出。活塞5伸出一定位置后，旋转液压控制盘阀，将阀口9与活塞5的液压通道关

闭，确保活塞5伸出稳定。活塞5伸出对钻杆7产生作用力，钻杆7产生弯曲并带动钻头实现偏

转。通过钻头偏转钻进实现成孔纠斜。当成孔垂直度满足要求后，旋转液压控制盘阀，将阀

口9对准相应位置活塞5的液压通道，液压油流出，液压腔3泄压，活塞5回缩。活塞5复位弹簧

控制活塞5回缩，钻杆7恢复顺直状态，钻头恢复正常钻进。

[0067] 在一个实施例中，成孔倾斜监测通过监测数据如偏斜角度、偏斜量来控制纠斜装置实施成孔纠斜。

[0068] 在一个实施例中，根据成孔偏斜实际情况，通过控制活塞5伸出长度控制钻杆7弯曲程度，最终实现控制钻头的偏斜角度，实现可控纠斜。

[0069] 在一个实施例中，控制液压控制盘阀为齿轮盘阀，盘阀上有贯通的阀口9，通过伺服电机控制盘阀旋转。可选地，液压控制阀8可以集成为1个以控制多个纠偏单元10的液体

流通。

[0070] 在一个实施例中，通过控制液压控制盘阀，使得活塞5腔内保持稳压状态，活塞5持续保持伸出状态，实现纠斜可控。

[0071] 一种大直径超长桩成孔钻机具有基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置。[0072] 一种利用所述的一种基于大直径超长桩成孔钻机的纠偏装置的纠偏方法包括以下步骤，

[0073] 监测成孔的偏斜，相对于所述偏移方位的所述液压控制阀8连通液压油通道6以泵入对应于偏移量的预定压力的液压油进入所述液压油通道6，

[0074] 关闭液压控制盘阀与所述液压通道的连通，活塞5经由液压致动伸出预定距离以抵压钻杆7，钻杆7产生弯曲并带动钻头实现偏转，直到钻头完成纠偏，

[0075] 纠偏单元10中的液压油经由液压油通道6泄出，复位元件2复位所述活塞5，钻杆7恢复顺直状态，钻头继续钻进。

[0076] 在一个优选实施方式中，如图3所示，纠偏方法包括，[0077] 在步骤1，根据监测地面钻杆7偏移方位和偏移量，确定成孔倾斜程度，并确定相应位置活塞5执行纠斜作业。

[0078] 在步骤2，控制液压控制盘阀7旋转，将阀口9与相应位置活塞5的液压油通道6连通，注入液压油，活塞5伸出，旋转液压控制盘阀8，将阀口9与活塞5的液压油通道6关闭，液

压腔3内稳压，活塞5伸出稳定。活塞5与液压腔3之间设置有密封圈4，使得活塞5相对于液压

腔3伸缩时具有良好的密封性能。

[0079] 在步骤3，活塞5伸出对钻杆7产生作用力，钻杆7产生弯曲并带动钻头实现偏转，通过钻头偏转钻进实现成孔纠斜。

[0080] 在步骤4，实时监测地面钻杆7偏移方位和偏移量，当垂直度满足规范或设计要求时，可停止纠斜作业。此时，控制液压控制盘阀8旋转，将阀口9与相应位置活塞5的液压油通

道6连通，液压油泄出，液压腔3减压，复位弹簧2将活塞拉回复位。

[0081] 在步骤5，活塞5回缩复位后，钻杆7恢复顺直状态，钻头恢复正常垂直钻进。[0082] 最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的

所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

[0083] 以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所

描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明

权利要求保护范围的限制。